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低品位水煤浆成浆、燃烧特性研究及应用

张传名  
【摘要】:水煤浆作为一种代油洁净液体燃料,已在我国得到较广泛的应用,取得了较好的代油、节能和环保效果。随着我国经济的快速发展,作为主要能源的煤炭也将面临紧张的供应状况,特别是优质烟煤。而传统的水煤浆一般要求采用洗选精煤制备,这一方面限制了制浆煤种来源,另一方面提高了水煤浆的生产成本,使水煤浆在更大行业范围和领域内推广应用受到限制。因此,采用原煤或低品位燃料制备浆体燃料开始受到人们关注。 燃料特性的差异将直接影响到它的成浆特性和燃烧特性,本文结合汕头万丰热电厂220t/h燃油设计锅炉改烧水煤浆项目,对低品位燃料在成浆特性、流变特性、燃烧特性、结渣特性等方面进行了详细的试验研究、理论分析和数值模拟。 首先在实验室对低挥发分煤的成浆特性和流变特性进行了详细试验研究,利用已有的4种添加剂,在浓度为65%-66%范围时,低挥发分水煤浆粘度基本上能控制在1000Pa.s以下;MF型添加剂效果最好,最大成浆浓度可以达到66.49%。低挥发分水煤浆的流变特性均表现出明显的“剪切变稀”,属于假塑性流体。 热重和卧式炉试验表明几种低品位燃料燃烧过程相似,炉内燃烧温度比较接近;低挥发分水煤浆和潞安煤泥水煤浆的着火温度高于大同烟煤水煤浆,综合燃烧性能以及燃烧前期的反应能力也比后者差。大同烟煤石油焦5比5混浆的燃烧特性和大同烟煤水煤浆接近;低挥发分水煤浆的结渣不严重而潞安煤泥水煤浆和大同烟煤石油焦5比5混浆相对较为严重。 接着针对220t/h燃油设计锅炉进行改烧水煤浆的设计,对改造中存在的难点和低品位水煤浆燃烧的特点进行分析并提出相应的技术措施,创新性提出了带预燃室非对称水煤浆燃烧器。燃烧试验表明改造是成功的,低挥发分水煤浆在炉内燃烧稳定,锅炉各种参数能达到设计要求并满足机组安全经济运行,在缺氧的情况下,燃烧效率和锅炉效率分别达到97%和89%。排烟SO2浓度与燃油相比有较大幅度下降,NOx排放也在较低的水平。 利用硅碳棒对炉内燃烧区域结渣过程进行研究,并对结渣棒上的灰渣进行XRD图谱和SEM分析研究,结合单一煤灰成分结渣指标、模糊数学综合评判模型以及基于属性数学与联系数学的结渣特性综合模型进行结渣预测,表明低挥发分水煤浆属中轻结渣,预测结果与结渣特性试验结果相吻合。 最后采用计算流体力学CFD数值模拟了220t/h锅炉水煤浆燃烧过程和污染物排放规律,获得了不同负荷以及高、中、低三种挥发分水煤浆的炉内流场分布、温度场分布、气氛场分布等规律,计算结果符合实际运行情况,和实验数据验证吻合较好,对水煤浆锅炉的燃烧调整试验和优化设计有重要的指导意义。 研究表明低品位水煤浆(低挥发分水煤浆、煤泥水煤浆、烟煤和石油焦混浆)成浆特性理想,采取适当的技术措施能在锅炉上温度稳定着火和燃烧,满足机组安全经济运行。因此,研究开发并在燃油锅炉上应用低品位水煤浆是可行性,有较好的社会和经济效益。


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